Conception préliminaire des actionneurs électromagnétiques basée sur les modèles : lois d'estimations et règles de conception pour la transmission de puissance mécanique.

• Main Author: Hospital, Fabien
• Other Authors: Toulouse, INSA
• Language: fr
• Published: 2012
• Subjects: EMA; Conception Préliminaire; Modèles d’estimation; Transmission de puissance mécanique; Modelica; Modèle de frottement; Harmonic Drive; Preliminary design; Estimation model; Model based design; Power mechanical transmission,; Friction model; 629.1
• Online Access: http://www.theses.fr/2012ISAT0036/document

Dans la continuité des travaux de recherches sur les systèmes de transmission mécanique embarqués, l’objectif de cette thèse est double : approfondir les modèles d’estimations des pièces d’un Actionneur Electromécanique (EMA) et étendre la vision transversale de la conception préliminaire aux aspects dynamiques. En effet, cette recherche permet, lors de la conception préliminaire basée sur les modèles, d’adapter les choix d’architectures et de technologies vis-à-vis des performances statiques et dynamiques à atteindre. Les modèles développés à partir des lois d’échelles sont étendus et exploités afin de modéliser les pièces élémentaires de l’EMA et de faire ressortir les règles de « bonnes pratiques » en conception préliminaire. On s’intéresse en particulier au dimensionnement des EMAs dans le domaine aéronautique. Dans un premier temps, nous avons donc créé des modèles d’estimation et des métamodèles des pièces de l’EMA. A cet effet, il est décomposé en carter et pièces élémentaires qu’il intègre.Dans un second temps, nous avons établis des règles de bonne conception et des pistes de dimensionnement de l’actionneur asservi en position. Contrairement aux recherches antérieures, qui se centraient sur le dimensionnement en puissance, nous avons pris en compte la synthèse de la commande pour établir ces règles. A partir de modèles de simulations, nous qualifions et quantifions l’influence des défauts (inertie et saturations, élasticité/jeu, frottement) sur les performances limites de l’EMA. En effet, les structures de commande usuelles et le choix des éléments de contrôle-commande sont intimement liés aux performances dynamiques et à ces défauts. Enfin, afin de se doter de moyens d’essais pour identifier finement un modèle de frottement dans des conditions aéronautiques de température, un banc d'essai sur le réducteur Harmonic Drive a été conçu et mis en œuvre. Il permet également d’amorcer la validation des règles de bonne conception === In the continuity of work of research on embedded systems of mechanical transmission, this these has two objectives: to improve estimation models of Electromechanical Actuator (EMA) pieces and to extend the cross-cutting vision of preliminary design to the dynamic aspects. Indeed, in the preliminary design based on models, this research should allow to adapt the choice of architectures and technologies to static and dynamic performance to achieve. The models developed from the scaling laws will be extended and exploited to modelize elementary pieces of the EMA and to highlight rules of "good practices" in preliminary design. We focus in particular on the design of EMA in aeronautic field. In the first time, we developed estimations models and métamodèles of elementary components of EMA which was decomposed in housing and elementary pieces.In a second time, we established rules of good practices for actuator sizing in control position loop. Contrary to older researches, we take into account control synthesis to create these rules. From simulations models, we quantified the influence of technological defects of components (inertia and saturations, elasticity (backlash), friction) on EMA performances. Indeed, the usual command structures and the choice of the elements of control are intimately linked to the dynamic performance and these defects.Finally, to give test way to identify with accuracy a friction model in aeronautical conditions of temperature, a test bench of Harmonic Drive was create, integrated and implemented. It allows booting the validation of rules of good practices in preliminary design.